鉆桿焊縫自動磁粉探傷設備

李志昊，岳 鵬，韓 旭，侯培勇

（渤海能克鉆桿有限公司，河北滄州 062658）

0 引言

石油鉆桿是石油鉆井系統最重要的機械零件，其直接與鉆頭連接，在動力裝置的帶動下，長期高速旋轉，鉆井過程中鉆桿的主要作用是傳遞扭矩，加深井眼。鉆桿通常要深入到幾千米的地層中工作。工作條件極為復雜，鉆桿承受拉、壓、彎曲、扭轉和不均衡沖擊載荷等應力作用。而在鉆桿加工過程中工具接頭與管體通過焊接的方式連接到一起，因此焊縫區域的質量控制是鉆桿生產中的重點。

鉆桿在鉆井過程中長期處于高壓狀態，當焊縫存在裂紋等缺陷時，非常容易導致鉆桿發生斷裂、刺穿等問題。使用磁粉探傷檢查石油鉆桿的表面缺陷無疑是無損檢測中最好的技術方案。對鐵磁性材料的表面缺陷，磁粉探傷檢查是有效的檢查手段[1]，因此焊縫磁粉探傷是焊接后質量檢驗的關鍵工序。

多年來鉆桿焊縫磁粉探傷大多采用人工手持磁軛的方式進行，然而，熒光必須在暗室內才能看到，工作人員在黑暗的環境中緊張、持久、單調地操作，很容易疲勞，以至會造成人為的漏探[2]。因此，研制一種自動磁粉探傷設備不僅可以改善工作條件、減輕勞動強度、提高生產效率，同時配套專業的視頻、圖像采集設備，還可以進一步強化產品質量追溯能力。

1 自動化控制設計

根據石油鉆桿生產工藝標準要求，摩擦焊接后焊縫處應進行磁粉探傷，以檢測焊縫表面和近表面缺陷，并要求周向、縱向兩個方向均進行檢測。為實現磁粉探傷檢測自動運行，首先要通過線圈結構設計來實現周向、縱向檢測。其設計磁化線圈結構如圖1 所示。

圖1 線圈結構及設備

在確定線圈結構后，其他配套輔機設計也可完成。線圈通過電機帶動前、后行走，利用光電開關檢測接頭管端以便于線圈對焊縫區域的定位。外圍配置磁粉液循環系統，在磁環中進行磁粉噴淋。探傷設備與外圍搬送設備進行信號交互，實現鉆桿上料完成→磁化線圈進入→磁懸液噴淋→復合磁化→復合退磁→轉動觀察檢查→視頻監控→磁化線圈返回整個流程，根據觀察檢查情況，對缺陷處進行人工標識等一系列動作的自動化控制。一個流程結束后自動回到初始狀態，以備下次再執行，實現除缺陷判定外的全流程自動化控制。

2 質量追溯設計

鉆桿焊縫檢測過程中除配備監控視頻外，還輔助人工觀察，同時配置高清攝像頭進行探傷圖像拍攝。在進行旋轉觀察檢測的同時，通過PLC 控制系統控制鉆桿旋轉電機啟停，根據鉆桿管徑不同，調整電機旋轉時間，利用上位機控制攝像頭，當鉆桿停止旋轉后進行圖像拍攝存儲，當鉆桿旋轉一周后即可將當前鉆桿的檢測圖像全部留存。

公司在鉆桿加工流程中已經實現生產跟蹤，每根鉆桿加工均有唯一標識信息，同時下線鉆桿順序固定。在本次磁粉探傷上位機的開發中，將讀取鉆桿下線生產標識信息，并在該工序建立數據列表，確保每根探傷的鉆桿可以與相應的標識信息一一對應。在探傷設備進行圖像拍攝的同時將該標識數據作為圖片名稱留存，檢測圖像即可以與鉆桿標識對應，實現產品磁粉探傷質量追溯。檢測及數據追溯流程如圖2 所示。

圖2 檢測及數據追溯流程

3 未來展望

加工過程數字化、信息化是企業未來發展的趨勢，生產線大量的工藝、質量過程是產品全面質量管理、質量追溯、鉆桿全生命周期管理等技術應用的基礎。項目作為鉆桿生產流程數字化發展的一個組成部分，為實現對鉆桿生產加工數字化、智能化發展打下基礎。

該項目的鉆桿焊縫磁粉探傷設備僅實現作業過程自動化運行，其探傷缺陷判定仍需要通過人工進行，通過研究雖然大幅下降崗位操作工的工作強度，也可以利用遠程監控等方式改善工作環境，但仍存在人為漏檢的風險。全自動熒光磁粉探傷技術是磁粉探傷技術發展的最終方向，采集缺陷磁痕，應用計算機技術對缺陷磁痕進行圖像處理與模式識別，實現全自動化檢驗的探傷方法。該法取代操作者目視觀察，減少人為因素產生的漏檢[3]。

4 結束語

目前國內相關圖像識別技術的應用已經十分廣泛，但在鉆桿缺陷探傷方面仍未有實際應用案例，其主要原因還是在缺陷識別的準確性上無法滿足鉆桿生產檢驗的需求。通過現場探傷檢測圖像不斷積累，建立缺陷圖像數據庫，以數據庫為基礎提高識別準確性，同時隨著圖像識別技術的不斷發展，向著磁粉探傷過程全自動化運行不斷發展。